1、 第 1 页 商务式公寓高层钢框架抗震设计 1、设计资料 1.1 结构平面布置 本工程为 11 层纯钢框架办公楼，结构平面布置如图 1.1 所示，横向两跨，跨度为 6.9m和 7.2m。框架 11 层， 7 榀横向框架，柱距 7.8m。 2.1. 设计基本资料 1） 建筑结构的安全等级为二级，设计使用年限为 50 年； 2） 抗震设防烈度为 7度，设计基本地震加速度值为 0.05g，设计地震分组为第一组；建筑抗震设防类别为丙类； 3） 建筑场地土类别为 III 类； 4） 该场地岩石层按性质分为三层，从上到下为杂填土、红粘土、微风化岩石。杂填土 0.5m，红粘土 8m，以下为微风化岩石，地下水
2、位为室外地坪下 3m。红粘土的含水比为 0.4，地基承载力特征值为 235kN/ m2,各层土的重度均为 20 kN/ m3 5） 基本风压值 20w 0.35 kN m ,地面粗糙度为 B 类。 第 2 页 图1.1结构平面布置图第 3 页 2、框架计算简图及梁柱线刚度 2.1 确定框架的计算简图 框架的计算简图如图 2.1 所示，取轴上的一榀框架计算。假定框架柱嵌固于地面，框架梁与柱刚接，梁跨等于轴线之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，底层柱高为： 3.6 0.6 4.2m，其余各 层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高），各层均为 3.3m。由此可绘出框架的计算简图如图 2.1 所示
3、。 2.2 框 架梁柱的线刚度计算 对于中框架梁取 I=1.5I0，全部钢材采用 Q345 B 钢，各构件的尺寸及刚度如下： AB 跨梁 ： 选用 HN450 200 9 14 iAB EI/l=1.5 2.06 105N/mm2 33700 104mm4/6900mm =15.09 109N mm=1.509 104kN m BC 跨梁 ： 选用 HN450 200 9 14 iBC EI/l=1.5 2.06 105N/mm2 33700 104mm4/7200mm =14.46 109N mm=1.446 104kN m 边柱： 16 层选用 500 500 16 24 711 层选用
4、350 350 10 14 i底层柱 EI/l=2.06 105N/mm2 148373.52 104mm4/4200mm =7.277 104kN m i26 EI/l=2.06 105N/mm2 148373.52 104mm4/3300mm =9.262 104kN m i 711 EI/l=2.06 105N/mm2 30457.71 104mm4/3300mm =1.9 104kN m 中柱： 16 层选用 650 650 16 24 711 层选用 450 450 14 22 i底层柱 EI/l=2.06 105N/mm2 334902 104mm4/4200mm =16.426
5、104kN m i26 EI/l=2.06 105N/mm2 334902 104mm4/3300mm =20.91 104kN m 第 4 页 i 711 EI/l=2.06 105N/mm2 98563.67 104mm4/3300mm =6.153 104kN m 3.框架柱相对线刚度计算 令边柱 i26 1.0，则其余各杆件的相对线刚度为： 4A B 44B C 4444711 41. 50 9 10 kN mi 0.16 39. 26 2 10 kN m1. 44 6 10 kN mi 0.15 69. 26 2 10 kN m7. 27 7 10 kN m0. 799. 26 2
6、10 kN m1. 9 10 kN mi 0.219. 26 2 10 kN m16 .4 26 1ii底 层 柱底 层 柱边 柱 ： 中 柱 ： 44426 44711 40 kN m1. 77 39. 26 2 10 kN m20 .9 1 10 kN mi 2.269. 26 2 10 kN m6. 15 3 10 kN mi 0.739. 26 2 10 kN m框架梁柱的相对线刚度如图 2.1 所示， 作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。 第 5 页 图 2.1 框架相对线刚度图 3、荷载取值及荷载组合 3.1.可变荷载取值 1） 屋面和楼面活荷载标准值 根据建筑结构荷载规范（ G
7、B20009-2001）查得： 上人屋面： 2.0kN/m2 楼面（住宅楼）： 2.0 kN/m2 2） 风荷载标准值 第 6 页 基本风压：按长沙地区 50 年一遇风荷载取其标准值为： 0.35kN/m2。 3） 雪荷载 Sk 1.0 0.45kN/m2 0.45kN/m2 屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两 者中取大值。 4） 地震荷载 本设计中考虑地震荷载的作用。 3.2.永久荷载取值： 1） 女儿墙自重 （做法：墙高 1300mm， 100mm的混凝土压顶）： 1.3m 0.20m 11.8kN/m3+0.1m 0.20m 25kN/m3=3.568kN/m 2） 屋面 防水层（刚性）：
8、 30 厚 C20 细石混凝土防水 1.0 kN/m2 找平层： 煤渣混凝土 0.05m 16kN/m3=0.80 kN/m2 防水层（柔性）：二毡三油铺小石子 0.40 kN/m2 找平层： 15 厚水泥砂浆 0.015m 20 kN/m3=0.30 kN/m2 结构层： 80 厚压型钢板组合楼板 混凝土部分： 0 .08m 25kN/m3=2.00kN 多波型 V-125 压型钢板： 0.065 kN/m2 装饰层： 0.30 kN/m2 合计 4.87kN/m2 3） 楼面 3 0 1 3 2陶 瓷 地 砖 面 层 ， 水 泥 砂 浆 擦 缝厚 ： 干 硬 性 水 泥 砂 浆 ， 面 上
9、 撒 厚 素 水 泥水 泥 砂 浆 结 合 层 一 道1.10 kN/m2 结构层： 80 厚压型钢板组合楼板 砼部分： 0 .08m 25kN/m3=2.00kN 多波型 V-125 压型钢板： 0.065 kN/m2 装饰层： 0.30 kN/m2 合计 3.53kN/m2 4） 梁自重 第 7 页 主梁 HN450 200 9 14： 76.5 kN/m 0.765 kN/m 装饰层： 0.30 kN/m 合计 1.06kN/m 纵次梁 HN300 150 6.5 9： 0.004753m2 78.5 kN/m3 0.37kN/m 装饰层： 0.30 kN/m 合计 0.67kN/m 横
10、次梁 HN350 175 7 11： 0.006366m2 78.5 kN/m3 0.50kN/m 装饰层： 0.30 kN/m 合计 0.80kN/m 基础梁（用于基础计算）： b h 250mm 400mm 25kN/m3 0.25m 0.4m=2.5kN/m 5） 柱自重 16 层：边柱 HW500 500 16 24： 245.17kg/m 2.45kN/m 装饰层： 0.50 kN/m 合计 2.95kN/m 中柱 HW650 650 16 24： 320.53 kg/m 3.21kN/m 装饰层： 0.50 kN/m 合计 3.71kN/m 711 层：边柱 HW350 350 1
11、0 14： 102.2 kg/m 1.02kN/m 装饰层： 0.50 kN/m 合计 1.52kN/m 中柱 HW450 450 14 22： 200.04 kg/m 2.00kN/m 装饰层： 0.50 kN/m 合计 2.50kN/m 第 8 页 6） 外纵墙自重 底层 纵墙 (4.2m 3.9m 0.15m 2.1m 1.5m 0.15m) 6.5kN/m3/3.9m=2.72kN/m 铝合金窗 0.35kN/m2 1.5m 2.1m/3.9m =0.28kN/m 合计 3.00kN/m 标准层 纵墙 (3.3m 3.9m 0.15m - 2.1m 1.5m 0.15m) 6.5kN/
12、m3/3.9m=2.43kN/m 铝合金窗 0.35kN/m2 1.5m 2.1m/3.9m =0.28 kN/m 水泥粉刷内墙 0.36 kN/m2 (2.5m 3.9m- 2.1m 1.5m) /3.9m =0.61kN/m 合计 3.32kN/m 7） 内隔墙自重 纵横隔户墙采用 100厚 ALC板。 （不计隔墙中门窗洞口） ： 6.5kN/m3 墙体 0.10m（ 2.57 3.9-2.1 0.9） m 6.5kN/m3=5.29kN 木门自重 0.2 KN/ 合计 5.67kN 线荷载 ： 5.67kN/3.9 m=1.45 kN/m 3.3.框架荷载计算 （ 1） A B 轴间框架
13、梁 屋面板传均布荷载： 恒载： 3.9m 4.865kN/m2 =18.97kN/m 活载： 3.9m 2.00kN/m2 =7.80kN/m 楼面板传均布荷载： 恒载： 3.9m 3.525kN/m2 =13.75kN/m 活载： 3.9m 2.00kN/m2 =7.80kN/m A B 轴间框架梁集中荷载为（均为恒载）： 屋面梁：因不布置次梁，故无集中荷载 第 9 页 楼面梁： 恒载 =次梁自重 +次梁上墙体自重 =（ 0.67 kN/m2 +3.32 kN/m2） 3.9m 15.56kN A B 轴间框架梁均布荷载为： 屋面梁：主梁自重 +屋面板传荷载 =1.06kN/m+18.97k
14、N/m=20.03kN/m 楼面梁：主梁自重 +楼面板传荷载 +内横墙自重 =1.06kN/m+13.75kN/m+1.45kN/m =16.26kN/m 屋面、楼面梁活载 =板传活载 =7.80 kN/m （ 2） B C 轴间框架梁 屋面板传均布荷载： 恒载： 3.9m 4.865kN/m2 =18.97kN/m 活载： 3.9m 2.00kN/m2 =7.80kN/m 楼面板传均布荷载： 恒载： 3.9m 3.525kN/m2 =13.75kN/m 活载： 3.9m 2.00kN/m2 =7.80kN/m B C 轴间框架梁集中荷载为（均为恒载）： 屋面梁：因不布置次梁，故无集中荷载 楼
15、面梁： 恒载 =次梁自重 +次梁上墙体自重 =（ 0.67 kN/m2 +1.45kN/m2） 3.9m 8.27kN B C 轴间框架梁均布荷载为： 屋面梁：主梁自重 +屋面板传荷载 =1.06kN/m+18.97kN/m=20.03kN/m 楼面梁：主梁自重 +楼面板传荷载 +内横墙自重 =1.06kN/m+13.75kN/m+1.45kN/m =16.26kN/m 屋面、楼面梁活载 =板传活载 =7.80 kN/m （ 3） A 轴柱纵向集中荷载的计算 A B 跨 轴 线次梁上荷载 第 10 页 屋面板传均布荷载： 恒载： 3.9m 4.865kN/m2 =18.97kN/m 活载： 3
16、.9m 2.00kN/m2 =7.80kN/m 楼面板传均布荷载： 恒载： 3.9m 3.525kN/m2 =13.75kN/m 活载： 3.9m 2.00kN/m2 =7.80kN/m 轴间框架梁集中荷载为（均为恒载）： 屋面梁： 轴线次梁自重 =7.2m 0.80kN/m =5.76kN 楼面梁： 恒载 = 轴线次梁自重 +次梁上墙体自重 +二级次梁上墙体自重 =5.76kN+7.2m 1.45kN/m+（ 0.67 kN/m2 +1.45 kN/m2） 1.95m 4 32.74kN A、 B 柱分别受次梁所传荷载为： 恒载：屋面 =板传荷载 +梁传荷载 =（ 18.97kN/m 7.2
17、0m +5.76kN） /4=35.59 kN 楼面 =板传荷载 +梁传荷载 =（ 13.75kN/m 7.2m +32.74kN） /4=32.94kN 活载：屋面 =板传荷载 =（ 2.00kN/m 3.90m 6.90m） /4 =13.46kN 楼面 =板传荷载 =（ 2.00kN/m 3.90m 6.90m ） /4=13.46 kN 顶层柱： 天沟自重（采 用 0.3 厚混凝土天沟，内天沟，可不考虑自重） 顶层柱恒载 女儿墙自重纵主梁自重 轴线次梁所传荷载 轴线次梁所传荷载 3.57kN/m 7.8m+1.06kN/m 7.8m+35.59kN+35.59kN =107.29kN 顶层柱活载 次梁板传活载 =（ 2.00kN/m 3.90m 6.90m ） /2=26.92 kN 标准层柱恒载纵主梁自重及其上墙体自重 轴线次梁所传荷载 轴线次梁所传荷载 （ 1.06kN/m+3.32kN/m） 7.8m+32.94kN+32.94kN =100.04kN 标准层柱活载次梁板传活载
